Question

【题目】石油化工是江苏省的支柱产业之一。醋酸乙烯酯是合成维尼纶的重要单体，某化工厂曾利用下列工艺生产醋酸乙烯酯：

2CH2=CH2+O22CH3CHO………………………………………①

2CH3CHO+O22CH3COOH……………………………………………②

2CH2=CH2+2CH3COOH+O2→2CH3COOCH＝CH2+2H2O…………………③

由于副反应的发生，反应①中乙烯的利用率为75%，反应②中乙醛的利用率为80%，反应③中乙烯和乙酸的利用率均为75%。

（1）为使乙酸乙烯酯获得最大产量，乙烯先后两次的投料比为多少_______？

（2）以2.8×104kg 乙烯为原料最多可制得醋酸乙烯酯多少千克_______？

（3）若各步副反应中反应物物质的量之比均与主反应相同。以乙烯和空气为原料生产醋酸乙烯酯，通入的空气（O2的体积分数为1/5）与乙烯的体积比至少为多少_______？

Answer 1

【答案】5:3 2.42×104kg235:64

【解析】

（1）设乙烯的总量为1mol，反应①消耗的乙烯为xmol，则反应②生成乙酸为0.75x×0.8=0.6x，根据反应比例关系列方程解答；
（2）计算乙烯的总物质的量，根据前后乙烯的投料比计算反应②中乙烯的物质的量，结合利用率与方程式计算CH3COOCH=CH2的物质的量，在根据m=nM计算；
（3）设反应①中投入乙烯为5x，则反应③中投入乙烯为3x，根据转化率可知生成的生成乙醛0.75×5x=3.75x，根据方程式计算各步消耗的氧气，进而计算消耗的总氧气，从而得出空气的体积，最后计算出通入的空气与乙烯的体积比的最小值。

（1）设乙烯的总量为1mol，反应①消耗的乙烯为xmol，则反应②生成乙酸为0.75x×0.8=0.6x，
故（1-x）：0.6x=1：1，解得x=，
故乙烯先后两次的投料比为x：（1-x）=：=5：3
故答案为：5：3；
（2）n（CH2=CH2）==1×106mol，故m（CH3COOCH=CH2）=

×1×106mol×75%×86g/mol=2.42×107g=2.42×104kg，
故答案为：2.42×104kg；
（3）设反应①中投入乙烯为5x，则反应③中投入乙烯为3x，反应①中最少消耗氧气2.5x，生成乙醛0.75×5x=3.75x，反应②中最少消耗氧气：×3.75x=1.875x，
反应③中最少消耗氧气：1.5x，
即总共至少最少消耗氧气：2.5x+1.875x+1.5x=5.875x，相当于空气：5.875x×5=29.375x，
通入的空气与乙烯的体积比的最小值为29.375x：8x=235:64，
故答案为：235:64。